在地幔深处，有两个巨大的斑点。一个位于非洲下方，而另一个几乎与第一个正好相反，位于太平洋下方。但这两个 斑点并不是均匀匹配的。新的研究发现，非洲下方的斑点比太平洋下方的斑点更靠近地表——而且更不稳定。这种差异最终可能有助于解释为什么非洲地下的地壳被抬升了，以及为什么非洲大陆在数亿年里经历了如此多的大型超级火山喷发。
非洲地下的大量物质可能会导致该大陆的剧变。
非洲下方地幔中的斑点的 3D 视图，以红色、黄色和橙色显示。青色代表核幔边界，蓝色代表地表，透明灰色代表大陆。(Image credit: Mingming Li/ASU)
在地幔深处，有两个巨大的斑点。一个位于非洲下方，而另一个几乎与第一个正好相反，位于太平洋下方。但这两个 斑点并不是均匀匹配的。新的研究发现，非洲下方的斑点比太平洋下方的斑点更靠近地表——而且更不稳定。这种差异最终可能有助于解释为什么非洲地下的地壳被抬升了，以及为什么非洲大陆在数亿年里经历了如此多的大型超级火山喷发。
“这种不稳定性可能对地表构造、地震和超级火山爆发产生很多影响，”领导这项研究的亚利桑那州立大学 (ASU) 地质学研究生助理袁倩（音译）说。
一对斑点
这些地幔团被恰当地称为“大低剪切速区”或 LLSVP。这意味着当地震产生的地震波穿过这些深地幔带时，波会减慢。这种减速表明这个地方的地幔有一些不同的地方，比如密度或温度——或两者兼而有之。
科学家们不确定为什么存在地幔斑点。有两种流行的假设。一是它们是由从地球表面俯冲到地幔深处的地壳堆积物组成的。另一个是它们是地球早期历史期间可能存在于下地幔中的岩浆海洋的残余物。随着这种岩浆海洋冷却和结晶，它可能留下了比地幔其他部分密度更大的区域。
先前的研究暗示这两个斑点可能不是相等的，但这项研究都没有使用可以轻松比较两者的全球数据集。钱元和他的顾问、亚利桑那州立大学地球动力学助理教授李明明检查了 17 个全球地震波数据集，以确定每个斑点的高度。
他们发现非洲斑点比太平洋斑点高出约 620 英里（1,000 公里）。这是大约 113座珠穆朗玛峰的差异。总的来说，太平洋斑点从地核和地幔之间的边界向上延伸了 435 到 500 英里（700 到 800 公里）。非洲斑点向上延伸约 990 至 1,100 英里（1,600 至 1,800 公里）。
不稳定的地球
尽管非洲斑点位于地球的地幔层（如图所示），远低于地壳，但该结构的不稳定性可能会对地球表面产生影响。
然后研究人员使用计算机建模来确定这些斑点的哪些特征可以解释这些差异。他们发现，最重要的是斑点本身的密度和周围地幔的粘度。粘度是指地幔岩石变形的难易程度。
袁倩说，要使非洲团比太平洋团高得多，它的密度肯定要低得多。“因为它的密度较小，所以不稳定，”他说。
这个非洲团离地壳还很远——地幔总共有 1,800 英里（2,900 公里）厚——但这种深层结构的不稳定性可能会对地球表面产生影响。LLSVPs 可能是向上上升的地幔物质热羽流的来源。反过来，这些羽流可能会导致超级火山喷发、构造剧变，甚至可能导致大陆解体，袁倩说。
非洲团“非常接近地表，因此有可能从非洲团中升起巨大的地幔柱，并可能导致更多的地表上升、地震和超级火山爆发，”袁倩说。
这些过程发生了数百万年，并且一直在非洲进行。袁倩说，非洲斑点和大型火山爆发之间似乎确实存在联系。2010 年发表在《自然》杂志上的一篇论文发现，在过去的 3.2 亿年中，80% 的金伯利岩或将钻石带到地表的巨大地幔岩喷发发生在非洲斑点的边界上。
袁和李于 3 月 10 日在《自然地球科学》杂志上发表了他们的发现。他们现在正在研究这些斑点的起源。尽管这些发现尚未在同行评审期刊上发表，但研究人员在 2021 年 3 月的第 52 届月球和行星科学会议上介绍了这些结果；该研究表明，这些斑点可能是大约 45 亿年前撞击地球并形成月球 的行星大小物体的残余物。
最初发表在 Live Science 上。